JPH06155588A - 光学的造形方法および光学的造形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】積層方向における造形精度を高め、層間接着性
を高めながら、得られる樹脂モデルの硬化変形を防止
し、造形時間の短縮を図る。 【構成】光硬化性樹脂液１面上に光線ＬＢを走査し、硬
化した走査硬化層６を順次積み上げて立体樹脂モデルＷ
を得る光学的造形方法であり、光線を走査して光硬化性
樹脂を硬化させるにあたり、前回の走査で硬化させた領
域５１上に堆積させて硬化させる領域における硬化深度
Ｄを、前回の走査で硬化させていない領域５２上に堆積
させて硬化させる領域における硬化深度より大きくす
る。また、前回の走査で硬化させた領域における走査位
相と、今回の走査で硬化させる領域における走査位相と
を相対的にずらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば紫外線硬化性樹
脂などの光硬化性樹脂に光線を走査して照射することに
より所望の樹脂モデルを造形する光学的造形方法と光学
的造形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、紫外線硬化性樹脂液を収容した
槽の表面に対して、紫外線レーザをＯＮ／ＯＦＦしなが
ら走査し、これにより硬化した走査硬化層を順次積み上
げることにより、所望の樹脂モデルを造形することが試
みられている。かかる樹脂モデルは、例えば製品のマス
ターモデルとして利用されることから、造形するにあた
っては造形精度、層間接着性、および造形効率などを高
める必要がある。

【０００３】従来の光学的造形方法は、紫外線レーザか
ら紫外線を発生させ、ガルバノミラーおよびシャッター
などを有する光学系によって紫外線レーザのＯＮ／ＯＦ
Ｆと光線の走査方向を制御しながら、紫外線硬化性樹脂
液を収容した槽の表面に対して照射する。槽内には紫外
線レーザを遮断するとともに昇降可能なエレベータが設
けられており、樹脂液表面とエレベータとの間に介在す
る樹脂液が紫外線レーザによって硬化するようになって
いる。

【０００４】そして、造形工程の第１段階においてはエ
レベータを上昇させておき、樹脂液表面とエレベータと
の間に介在する樹脂液を紫外線レーザによって硬化させ
て第１層目の走査硬化層を形成したのち、エレベータを
１層分だけ下降させて、第１層目と同様の手順で第２層
目の走査硬化層を第１層目の走査硬化層の上に形成す
る。以下同様にして、順次走査硬化層を積層（以下、堆
積ともいう）し、最終層目の走査硬化層の形成が終了す
るとエレベータを上昇させて、樹脂液からモデルを取り
出したのち、さらに最終的な硬化を行うために、図１８
に示す如く、紫外線ランプ５０などを用いてモデルＷ全
体に対して紫外線を長時間照射する。

【０００５】以下、本明細書においては、上述したエレ
ベータの同一移動ピッチ内における平面を「等高断面」
と称するが、図１９は、この一つの等高断面を示す平面
図であり、目的とするモデルＷに応じて、「５１」は樹
脂液を硬化させる領域、「５２」は樹脂液を硬化させな
い領域を示している。すなわち、図１８における横断面
を観察した状態が図１９である。

【０００６】また、図１９および図２０に示すように、
紫外線レーザ発振器から発生する紫外線ビーム５３は、
光学系により図示する走査方向ＤＬに沿って走査され、
このとき、樹脂液を硬化させる領域５１では紫外線レー
ザがＯＮ（実際にはシャッターＡＯＭが開）、樹脂液を
硬化させない領域５２では紫外線レーザがＯＦＦ（実際
にはシャッターＡＯＭが閉）となる。一つの走査線Ｌの
走査が終了すると、光学系を制御して走査ピッチＰ分だ
け位相させ、再び走査方向ＤＬに沿って同様の走査が行
われる。

【０００７】なお、紫外線ビーム５３が樹脂液内に照射
されると、樹脂液によって光エネルギーが徐々に減少す
ることから、微視的には、図２０に示すように、先端鋭
利な照射領域（すなわち、走査硬化層）５４を形成する
ことになる。

【０００８】このようにして、等高断面の走査硬化層５
４が形成されるが、走査硬化層を順次積層するにあたっ
ては、上層の走査硬化層を形成する際に、紫外線ビーム
５３を下層にも照射されるような光線強度、すなわち、
その等高断面における硬化深さＤを積層厚Ｔ（図１８参
照）より大きく制御し、各層間の接着性を高めるように
している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の光学的造形方法には、以下のような２つの基本的な
問題があった。

【００１０】まず、既述したように、従来の光学的造形
方法では、ある等高断面の走査硬化層を形成する際に、
紫外線ビームが下層にも照射されるような光線強度、す
なわち、その等高断面における硬化深さＤを積層厚Ｔよ
り大きく制御して、その等高断面における走査硬化層の
形成と同時に、各層間の接着性を高めるようにしている
ため、下層が非硬化領域である場合には、目的とする積
層深さより深い硬化深さで走査硬化層が形成されること
になる。そのため、積層方向の造形精度が著しく低下す
るという問題があった。

【００１１】例えば、図２１（Ａ）に示すようなモデル
Ｗを造形する場合には、同図（Ｂ）に示すような複数の
等高断面で順次走査硬化層ＬＹ₁ 〜ＬＹ₁₁を積層してゆ
くが、第８層目の走査硬化層ＬＹ₈ を形成する場合に
は、図２２に示すように、下層に走査硬化層が存在する
領域５１においては、例えば、この第８層ＬＹ₈ を形成
すると同時に、第８層ＬＹ₈ と第４層ＬＹ₄ から第７層
ＬＹ₇ に至る下層との層間接着性を高める必要があるた
め、硬化深さＤが第４層ＬＹ₄ に至るように紫外線レー
ザ発振器を制御する。

【００１２】ところが、このように硬化深さＤを設定す
ると、下層に走査硬化層が存在しない領域５２において
も、硬化深さＤが第４層ＬＹ₄ に至る深さとなり、積層
厚Ｔに比べて数倍以上の走査硬化層５４が形成されてし
まう。そのため、例えば図２２に示すように、目的とす
るモデルが通孔５５（点線で示す）を有している場合な
どでは、通孔上面５５ａの面精度が著しく損なわれると
いう問題があった。

【００１３】なお、このような問題は、層間接着性を高
めようとすればするほど顕著になるが、逆に硬化深さを
抑制して造形精度を高めようとすると層間接着性に問題
が発生することになった。

【００１４】従来の光学的造形方法における第２の問題
は、造形する際に樹脂液の硬化状態に差異が発生し、こ
れにより得られた樹脂モデルに変形が生じるということ
であった。

【００１５】すなわち、従来の光学的造形方法では、各
等高断面において紫外線ビームを走査方向に沿って走査
させることにより所定の硬化深さで樹脂液は硬化するこ
とになるため、図２７（Ａ）に示すように走査線Ｌ，Ｌ
の間隔、つまり走査ピッチＰを短く設定すればする程、
その等高断面で形成される走査硬化層５４の硬化状態は
良好になる。

【００１６】しかしながら、走査ピッチＰを小さくすれ
ばするほど、造形に要する時間が増加するため、樹脂モ
デルの造形を実用化するためには、図２７（Ｂ）に示す
ように、走査ピッチＰをある程度大きく設定せざるを得
なかった。そのため、一つの走査線Ｌによる走査硬化層
５４と隣接する走査線Ｌによる走査硬化層５４との間に
非硬化領域５６が残り、しかも、図２３（Ａ）に示すよ
うに、硬化領域５４が硬化する際には硬化による樹脂の
収縮挙動が生じるため、その等高断面における走査硬化
層５４は、図２３（Ｂ）に示すように変形する傾向があ
った。

【００１７】確かに、既述したように、ある等高断面に
おいて走査硬化層５４を形成する際には、下層にまで紫
外線ビームを照射することにより（図２４参照）、下層
の硬化変形をある程度は抑制することができるものの、
このような走査を積層方向に連続して行っても、図２５
に示すように、非硬化領域５６を消失させることはでき
なかった。

【００１８】そのため、造形を終了したのち、図１８に
示す手法で樹脂モデルＷ全体を最終的に硬化させる際
に、図２５に示す非硬化領域５６の樹脂が初めて硬化す
ることになり、その結果、非硬化領域５６が硬化により
収縮し（図２６（Ａ）参照）、これにより得られた樹脂
モデルＷに硬化変形が残留することになった（図２６
（Ｂ）参照）。

【００１９】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、積層して造形しようとする
等高断面の下層の硬化状態を判定することにより積層方
向における造形精度を高めることを第１の目的とし、か
つ、各等高断面において走査硬化層を形成してゆくにあ
たり、非硬化領域を除去することにより、層間接着性を
高めながら、得られる樹脂モデルの硬化変形を防止し、
造形時間の短縮を図ることを第２の目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の光学的造形方法は、光硬化性樹脂液
面上に光線を走査し、硬化した走査硬化層を順次積み上
げて立体樹脂モデルを得る光学的造形方法において、前
記光線を走査して前記光硬化性樹脂を硬化させるにあた
り、前回の走査で硬化させた領域上に堆積させて硬化さ
せる領域における硬化深度を、前回の走査で硬化させて
いない領域上に堆積させて硬化させる領域における硬化
深度より大きくすることを特徴としている。

【００２１】また、光硬化性樹脂液を入れた光硬化性樹
脂液槽と、前記光硬化性樹脂液を硬化させるのに適当な
波長を含む光線を発生し、該光線を走査させる光走査手
段と、前記光硬化性樹脂液の表面に光線が照射されたこ
とにより生成する硬化樹脂を昇降させる昇降手段と、前
記光走査手段と前記昇降手段とを制御する制御手段と、
を備えた光学的造形装置において、前記制御手段は、連
続する走査硬化層における平面の硬化情報を比較する平
面硬化情報比較部と、前記光線の走査に関する条件を設
定する光走査条件設定部とを有し、前記平面硬化情報比
較部における比較の結果、新規に硬化させる領域である
ことが検出された領域では、硬化深度が小さくなるよう
に、前記光走査条件設定部の設定を行うことを特徴とす
る光学的造形装置によっても、上記第１の目的を達成す
ることができる。

【００２２】上記第２の目的を達成するために、本発明
の光学的造形方法は、光硬化性樹脂液面上に光線を走査
し、硬化した走査硬化層を順次積み上げて立体樹脂モデ
ルを得る光学的造形方法において、前記光線を走査し
て、前回の走査で硬化させた領域上に前記光硬化性樹脂
を堆積させて硬化させるにあたり、前回の走査で硬化さ
せた領域における走査位相と、今回の走査で硬化させる
領域における走査位相とを相対的にずらすことを特徴と
している。

【００２３】また、光硬化性樹脂液を入れた光硬化性樹
脂液槽と、前記光硬化性樹脂液を硬化させるのに適当な
波長を含む光線を発生し、該光線を走査させる光走査手
段と、前記光硬化性樹脂液の表面に光線が照射されたこ
とにより生成する硬化樹脂を昇降させる昇降手段と、前
記光走査手段と前記昇降手段とを制御する制御手段と、
を備えた光学的造形装置において、前記制御手段は、連
続する走査硬化層における平面の硬化情報を比較する平
面硬化情報比較部と、前記光線の走査に関する条件を設
定する光走査条件設定部とを有し、前記平面硬化情報比
較部における比較の結果、積層して硬化させる領域であ
ることが検出された領域では、前回の走査硬化層の走査
位相とは異なる走査位相で前記光線を走査するように、
前記光走査条件設定部の設定を行うことを特徴とする光
学的造形装置によっても、上記第２の目的を達成するこ
とができる。

【００２４】

【作用】第１の目的を達成する本発明では、光硬化性樹
脂液面上に光線を走査し、硬化した走査硬化層を順次積
み上げて立体樹脂モデルを得る場合、光線を走査して光
硬化性樹脂を硬化させるにあたり、前回の走査で硬化さ
せた領域上に堆積させて硬化させる領域における硬化深
度を、前回の走査で硬化させていない領域上に堆積させ
て硬化させる領域における硬化深度より大きくする。

【００２５】すなわち、光走査手段により光硬化性樹脂
液を硬化させるのに適当な波長を含む光線を発生し、入
れた光硬化性樹脂液槽に収容された光硬化性樹脂液に対
して光線を走査させる。一つの等高断面における走査を
終了すると、光線が照射されたことにより生成する硬化
樹脂を昇降手段によって昇降させ、このような手順を繰
り返すことにより、順次走査硬化層を積層する。

【００２６】このとき、平面硬化情報比較部によって、
連続する走査硬化層の平面、すなわち一つの等高断面に
おける硬化情報を比較し、この比較の結果、新規に硬化
させる領域であることが検出された領域では、硬化深度
が小さくなるように、光走査条件設定部の設定を行っ
て、光線を走査する。

【００２７】これにより、前回の走査で硬化させた領域
上に走査硬化層を形成する場合には硬化深度が相対的に
大きくなり、層間接着性を高めることができる。一方、
前回の走査で硬化させていない領域上に走査硬化層を形
成する場合には、硬化深度が相対的に小さくなり積層方
法における造形精度を高めることができる。

【００２８】また、第２の目的を達成するための本発明
では、光硬化性樹脂液面上に光線を走査し、硬化した走
査硬化層を順次積み上げて立体樹脂モデルを得る場合、
光線を走査して、前回の走査で硬化させた領域上に光硬
化性樹脂を堆積させて硬化させるにあたり、前回の走査
で硬化させた領域における走査位相と、今回の走査で硬
化させる領域における走査位相とを相対的にずらす。

【００２９】すなわち、光走査手段により光硬化性樹脂
液を硬化させるのに適当な波長を含む光線を発生し、入
れた光硬化性樹脂液槽に収容された光硬化性樹脂液に対
して光線を走査させる。一つの等高断面における走査を
終了すると、光線が照射されたことにより生成する硬化
樹脂を昇降手段によって昇降させ、このような手順を繰
り返すことにより、順次走査硬化層を積層する。

【００３０】このとき、平面硬化情報比較部によって、
連続する走査硬化層の平面、すなわち一つの等高断面に
おける硬化情報を比較し、この比較の結果、重複して硬
化させる領域であることが検出された領域では、前回の
走査硬化層の走査位相とは異なる走査位相で光線を走査
するように、光走査条件設定部の設定を行って、光線を
走査する。

【００３１】これにより、重複して硬化させる領域であ
ることが検出された領域では、走査位相がずれるために
非硬化領域を減少させることができる。その結果、層間
接着性が向上するだけでなく、得られた樹脂モデルの硬
化状態の差異が小さくなるため、樹脂モデルの硬化変形
を防止することができる。また、造形を行う際に非硬化
領域を減少させることができるため、最終的に実施する
樹脂モデルの硬化時間を短縮することができる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。まず最初に、図１を参照しながら本発明の一実
施例に係る光学的造形装置の構成について説明する。図
１は本発明の光学的造形装置の基本構成を示すブロック
図である。

【００３３】本実施例の光学的造形装置は、光硬化性樹
脂液槽２を有しており、この槽内に収容される光硬化性
樹脂液１は光を照射することにより付加重合を生じて硬
化する材料である。例えば、スチレン、メタクリル酸メ
チル、酢酸ビニルなどのビニル単量体は、光照射によっ
て、光重合の開始剤が存在しなくとも、あるいは紫外線
を吸収する増感剤や色素の存在下で、重合を起す。

【００３４】ただし、本発明で用いられる光硬化性樹脂
液１の種類は特に限定されず、未硬化では液体状であっ
て硬化することにより固化する樹脂であればよい。ま
た、照射する光ＬＢについても特に限定されず、紫外線
の他にも、用いられる光硬化性樹脂１に応じた光を選択
すればよい。

【００３５】光硬化性樹脂液槽２内には、光線を遮断す
るとともに硬化させた樹脂を載置する台座を有するエレ
ベータ４ａが設けられており、このエレベータ４ａは、
昇降器４ｂにより光硬化性樹脂液槽２内を昇降可能とな
っている。昇降器４ｂは、機械的にエレベータ４ａを昇
降させる機能と、この昇降動作の制御を司る制御機能と
を備えている。昇降器４ｂに対する指令信号は、制御手
段５の一般制御部５ｃから与えられるが、光走査手段３
への、あるいは光走査手段３からの情報に基づいて、一
般制御部５ｃは昇降器４ｂに指令信号を出力する。

【００３６】例えば、一つの等高断面における走査が終
了したことを光走査手段３から検知すると、次の等高断
面の走査に移行するために、一般制御部５ｃから昇降器
４ｂに対して指令信号を出力し、これにより昇降器４ｂ
はエレベータ４ａを所定のピッチ（すなわち、このピッ
チがその等高断面における積層厚Ｔとなる）だけ下降さ
せる。

【００３７】一方、本実施例に係る光走査手段３は、紫
外線レーザなどの光線を発生させるレーザ発振器３ａ
と、このレーザ発振器３ａで発生した光線を光硬化性樹
脂液の表面に対し所定の軌跡にしたがって走査させるた
めの光学系３ｂと、この光学系３ｂを制御するための光
学系コントローラ３ｃから構成されている。光学系３ｂ
には、例えば光線を通過／遮断するためのシャッター器
（ＡＯＭ）や光線の方向を変動させるための電圧印加器
およびガルバノミラーなどが設けられており、光線のＯ
Ｎ／ＯＦＦ、光線強度の変更、光路の変更、光線の走査
速度の制御などを行う機能を有している。そして、この
光学系３ｂに対して、光学系コントローラ３ｃからは予
め教示された軌跡に応じた光走査条件に関する指令信号
が出力される。

【００３８】なお、本発明における光走査手段３の動作
は、基本的には一般制御部５ｃに予め入力された基本軌
跡データに基づくが、後述する平面硬化情報比較部５ａ
の比較結果によっては、光走査条件設定部５ｂから光学
系コントローラ３ｃに指令信号が出力され、細部の光走
査条件が変更される。

【００３９】本実施例に係る制御手段５は、目的とする
樹脂モデルに応じて、予め入力されたデータに基づい
て、昇降手段４と光走査手段３とを相互に関連付けなが
ら制御する一般制御部５ｃを有している。また、今回走
査する等高断面に対して、その下層にあたる平面（単数
の等高断面あるいは複数の等高断面の何れでもよい）の
硬化情報を後述する演算により求める平面硬化情報比較
部５ａと、一般制御部５ｃあるいは平面硬化情報比較部
５ａからの情報に基づいて、光学系コントローラ３ｃに
対して光走査条件に関する情報を出力する光走査条件設
定部５ｂが設けられている。

【００４０】なお、本実施例では、昇降器４ｂ、光学系
コントローラ３ｃ、および制御手段５などの情報処理装
置は、それぞれ別体に構成した具体例として図１に表わ
しているが、これは、それぞれの機能を容易に理解する
ために記載したものであって、上述した各機能を備えて
いる限り、これらを任意の組み合せで組み合わせて情報
処理装置を構成してもよいことは勿論である。

【００４１】次に、本発明に係る平面硬化情報比較部５
ａにおける処理手順について説明するが、この処理手順
の基本的考え方の理解を容易にするために、まず最初に
走査硬化層を２層とした例について説明したのち、走査
硬化層を複数層に一般化して説明する。

【００４２】図２は、本実施例で造形する場合の走査硬
化層の発生状態を示す断面図であり、図２１に示す樹脂
モデルを対象とした場合を示している。従来の光学的造
形方法では、図２１に示すような樹脂モデルＷを造形す
る場合に、図２２に示す如く、下層の硬化／非硬化の状
態に拘らず紫外線ビームの光エネルギーを一定に維持し
ていたが、本実施例では、下層を構成する等高断面の硬
化／非硬化の状態を演算して求め、この情報に基づい
て、下層が非硬化の領域５２であれば光エネルギーを弱
めて積層厚Ｔ分の走査硬化層７ａとし、一方、下層が硬
化領域５１である場合には複数層に至る光エネルギーで
照射して走査硬化層７ｂとし、層間接着性を高めるよう
にしている。すなわち、走査硬化層７ａを得る場合に
は、硬化深さをＤ_a とし、これに対して、走査硬化層７
ｂを得る場合には硬化深さをＤ_b としている。

【００４３】図３は、本発明の平面硬化情報比較部５ａ
における処理概念を説明する図であって、一例として上
下２つの走査硬化層ＵＬ（上層），ＬＬ（下層）を別体
に示す平面図であり、図示する横線は光走査手段からの
光線の走査線Ｌを表わしている。これら上下層ＵＬ，Ｌ
Ｌを重ね合わせて示したのが図４であり、以下平面硬化
情報比較部５ａで求めようとするのが、図４右上に示す
下層が硬化領域でない領域７ａと、図４右下に示す下層
が硬化領域である領域７ｂとの識別である。

【００４４】図４に示す２つの領域７ａ，７ｂの識別を
行うにあたり、本発明では「スパン」なる概念を導入し
ている。本発明にいう「スパン」とは、等高断面内にお
ける多角形と光線の走査線との交わりをいい、このスパ
ン領域に光線を照射する。したがって、図４に示すよう
な２次元の領域抽出に関する問題は、上下層で対応する
走査線上のスパンを比較する１次元の問題に帰着するこ
とになる。

【００４５】このスパンデータは、Ｙ_i を水平走査（Ｘ
方向）時の同一走査線におけるｙ値と垂直走査（Ｙ方
向）時の同一走査線におけるｘ値、Ｘ_i:j を水平走査時
の走査線と多角形との交点のｘ値と垂直走査時の走査線
と多角形との交点のｙ値としたときに、 Ｙ_i Ｘ_i:0 Ｘ_i:1 Ｘ_i:2 …… Ｘ_i:n Ｄ Ｙ_i+1 Ｘ_i+1_:0
…… Ｄ なる情報フォーマットで表わすことができる。また、上
下層において対応する走査線上のスパンを比較するため
に、走査線データを図５のように定義する。なお、図５
におけるＷ_i:j は「重み」であり、スパンでない領域、
下層領域、上層領域、および重複領域などの重みを意味
している。

【００４６】このような情報フォーマットに基づいて、
まず、下層と上層の各スパンデータファイル８ａ，８ｂ
から対応する走査線上のスパン端点を読みだし、挿入ソ
ート（すなわち大小比較）によって、スパン端点ａ，
ｂ，ｃ，ｄを昇順に並べる（図７参照）。このとき、各
重みＷ_i:j の初期値として、次の値を設定しておく。す
なわち、図６において、 上層スパン始点ａ → １ 上層スパン終点ｂ → −１ 下層スパン始点ｃ → ２ 下層スパン終点ｄ → −２

【００４７】続いて、図７に示す挿入ソート処理で昇順
に並んだスパンデータを、重みが領域を示す指標となる
ように処理する。図８はこの処理の様子を示す図であ
り、上段のデータが処理前のデータ（図７の挿入ソート
処理が行われたのちのデータ）であり、下段のデータが
処理後のデータである。具体的には、まず、第１番目の
データａは未処理とし、次のデータｃについて、ｃの重
み（２）とａの重み（１）とを加算して（２＋１）、処
理後のｃの重み（３）とする。以下同様にして、自身の
重みと一つ前のデータの重みとを加算して、処理後の重
みとする。

【００４８】このようにして、図６に示す走査硬化層を
本発明の平面硬化情報比較部５ａにおいて処理した後の
データと上下層との関係を、図９に示す。本図により、
重みの値が領域の識別の標識となっていることが理解さ
れる。すなわち、 重み０ → スパンではない領域 重み１ → 上層のみの領域 重み２ → 下層のみの領域 重み３ → 上下層の重複領域 となる。そして、この重みによって識別された領域に関
するスパンデータを上層のみに関するスパンデータファ
イル９ａと上下層が重複した領域に関するスパンデータ
ファイル９ｂとに格納する。

【００４９】以上が、本実施例に係る平面硬化情報比較
部５ａにおける処理を、等高断面を上下２層として説明
した具体例であるが、このような処理手順は、以下の概
念によって一般化することができる。

【００５０】図１０は、本発明の平面硬化情報比較部に
おける処理概念を説明する図であって、図２から図９に
示す上下２つの走査硬化層の一例を一般化するために、
走査硬化層を複数層とした一例を示す断面図である。こ
の一般化にあたり、スパンデータファイルとして用意し
なければならないのは、積層しようとする層の硬化深さ
をＤ、下層の積層厚をＴ_i-k としたとき、 Ｄ＞Ｔ_i ＋Ｔ_i-1 ＋Ｔ_i-2 ＋ …… ＋Ｔ_i-m を満たす全ての層についてのスパンデータファイルであ
る。図１０に示す例では、ＬＹ₂ 〜ＬＹ₄ のスパンデー
タファイルが必要となる。

【００５１】次に、用意されたスパンデータファイルか
ら走査線データを構成するには、各スパンデータファイ
ルを検索して対応する走査線を読みだし、逐次走査線デ
ータを追加してゆけばよい。このとき、重みの初期値と
して、次の値を設定する。ただし、０≦ｋ≦ｍとする。 第ｉ−ｋ層スパン始点 → ２^k 第ｉ−ｋ層スパン終点 → −２^k このようにして、走査線データの初期値の設定を終了し
たら、図８に示す処理手順と同様な手順で処理を行い、
重みと領域との対応関係を正当化する。その結果、第ｉ
層を含み下方に連続的な重なりをもつ領域は、重みの初
期値を上記のように定めたことから、重み２^k+1 −１の
とき、第ｉ層から下方にｉ−ｋ層まで連続的な重なりを
もつことになる。

【００５２】図１１は、図４に示す２つの層上にさらに
１層を造形する場合を示す平面図であり、図１２は、重
みと領域（走査硬化層）との対応関係を示す図である。
複数の走査硬化層に対する平面硬化情報比較部５ａの処
理は、上述した手法（図１１および図１２）にて達成さ
れ、重みとして与えられる２^k という処理についても一
般的な計算機であれば十分対応することができる。しか
しながら、各層についてのスパンデータファイルを一度
に用意することが情報処理装置の能力の点で困難である
場合には、以下のようにして処理することができる。

【００５３】すなわち、前回の造形の際に抽出された領
域毎のスパンデータファイルと今回造形しようとする新
たな層のスパンデータファイルに着目する。図１１の左
図は前回に造形された走査硬化層であり、このとき用い
られた領域毎のスパンデータファイルは既知となってい
る。したがって、この下層のスパンデータファイルを用
いて、まず、図１３左に示すように今回造形しようとす
る走査硬化層と下層の重みが同一であるスパンデータと
によって図１３右のように識別する。ついで、図１４左
に示すように、識別された領域のうちの一つと下層の他
の重みが同一であるスパンデータとを用いて同様の処理
を行い、図１４右のように識別する。このようにして
も、図１２と同じ結果を得ることができる。

【００５４】図１５は、上述した手順で処理した結果、
その重みのデータに基づいて硬化深さを制御する様子を
示す断面図である。具体的には、平面硬化情報比較部５
ａから光走査条件設定部５ｂを介して光学系コントロー
ラ３ｃを制御し、光エネルギーを変動させることにより
硬化深さを調節する。

【００５５】このように、本実施例の光学的造形方法お
よび光学的造形装置によれば、前回の走査で硬化させた
領域上に走査硬化層を形成する場合には、硬化深度を相
対的に大きくすることができ、層間接着性を高めること
ができる。一方、前回の走査で硬化させていない領域上
に走査硬化層を形成する場合には、硬化深度を相対的に
小さくすることができ、積層方向における造形精度を高
めることができる。

【００５６】次に、第２の発明について説明する。従来
の光学的造形方法では、ある等高断面において走査硬化
層５４を形成するにあたり、図２４に示すように下層に
まで紫外線ビームを照射することにより、下層の硬化変
形をある程度は抑制することができるものの、このよう
な走査を積層方向に連続して行っても、図２５に示すよ
うに、非硬化領域５６を消失させることはできなかっ
た。

【００５７】そのため、造形を終了したのち、図１８に
示す手法で樹脂モデルＷ全体を最終的に硬化させる際
に、図２５に示す非硬化領域５６の樹脂が初めて硬化す
ることになり、その結果、非硬化領域５６が硬化により
収縮し（図２６（Ａ）参照）、これにより得られた樹脂
モデルＷに硬化変形が残留することになった（図２６
（Ｂ）参照）。

【００５８】そこで、本発明では、光線を走査して、前
回の走査で硬化させた領域上に光硬化性樹脂を堆積させ
て硬化させるにあたり、前回の走査で硬化させた領域に
おける走査位相と、今回の走査で硬化させる領域におけ
る走査位相とを相対的にずらすように構成している。

【００５９】図１６は、第２の発明に係る光学的造形方
法を示す断面図であり、上下２層の走査硬化層を示す断
面図、図１７は、図１６に示す走査硬化層を複数積層し
た例を示す断面図である。なお、本実施例の光学的造形
装置の構成は、図１に示すものと同様に構成されている
ため、その詳細な説明は相違点のみを説明することによ
り省略する。

【００６０】前回の走査で硬化させた領域における走査
位相と、今回の走査で硬化させる領域における走査位相
とを相対的にずらす具体的な手法は、各走査硬化層のス
パンを演算するための走査線を、走査線のＹ軸ピッチの
半分だけずらすように制御手段で変換する。

【００６１】すなわち、まず、本実施例の光学的造形装
置が有する分解能により走査線が取り得る最大のＹ座標
を設定し、走査線間隔（Ｙ軸方向のピッチ）のｎ倍のＹ
座標を走査線とするために０に初期化する。そして、造
形しようとする走査硬化層が偶数番目に積層される層で
あるか否かを判断し、偶数番目である場合には走査線の
Ｙ座標を走査線間隔のｎ倍＋走査線間隔の半分とする。
造形しようとする走査硬化層が奇数番目である場合には
走査線のＹ座標を走査線間隔のｎ倍とする。

【００６２】このようにして走査線のＹ座標を設定した
のち、決定された走査線と各等高断面との交点を上述し
た第１の発明と同様の手順で演算する。なお、かかる演
算は制御手段５の一般制御部５ｃで行い、平面硬化情報
比較部５ａおよび光走査条件設定部５ｂを介して光学系
コントローラ３ｃに出力してもよいし、あるいは、平面
硬化情報比較部５ａで全ての演算を行い、光走査条件設
定部５ｂを介して光学系コントローラ３ｃを制御しても
よい。

【００６３】上述した第２の発明によれば、図１６に示
すように下層を構成する走査硬化層の非硬化領域５６に
対して、その等高断面で硬化させようとする硬化領域が
深く形成されるため、これらの走査を継続すれば、図１
７に示すように、総合的な等高断面においては非硬化領
域５６の残留を抑制することができる。その結果、硬化
深さを大きく設定することにより層間接着性が向上する
だけでなく、得られた樹脂モデルＷの硬化状態の差異が
小さくなるため、樹脂モデルの硬化変形を防止すること
ができる。また、造形を行う際に非硬化領域を減少させ
ることができるため、最終的に実施する樹脂モデルの硬
化時間を短縮することができる。

【００６４】なお、以上説明した各実施例は、第１およ
び第２の発明の理解を容易にするために記載されたもの
であって、これらの発明を限定するために記載されたも
のではない。したがって、上記の各実施例に開示された
各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更
や均等物をも含む趣旨である。

【００６５】

【発明の効果】以上述べたように、第１の発明では、光
線を走査して光硬化性樹脂を硬化させるにあたり、前回
の走査で硬化させた領域上に堆積させて硬化させる領域
における硬化深度を、前回の走査で硬化させていない領
域上に堆積させて硬化させる領域における硬化深度より
大きくするように構成しているので、前回の走査で硬化
させた領域上に走査硬化層を形成する場合には、硬化深
度が相対的に大きくなり、層間接着性を高めることがで
きる。一方、前回の走査で硬化させていない領域上に走
査硬化層を形成する場合には、硬化深度が相対的に小さ
くなり、積層方向における造形精度を高めることができ
る。

【００６６】また、第２の発明では、光線を走査して、
前回の走査で硬化させた領域上に光硬化性樹脂を堆積さ
せて硬化させるにあたり、前回の走査で硬化させた領域
における走査位相と、今回の走査で硬化させる領域にお
ける走査位相とを相対的にずらすように構成しているの
で、重複して硬化させる領域であることが検出された領
域では、走査位相がずれるために非硬化領域を減少させ
ることができる。

【００６７】その結果、層間接着性が向上するだけでな
く、得られた樹脂モデルの硬化状態の差異が小さくなる
ため、樹脂モデルの硬化変形を防止することができる。
また、造形を行う際に非硬化領域を減少させることがで
きるため、最終的に実施する樹脂モデルの硬化時間を短
縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的造形装置の基本構成を示すブロ
ック図である。

【図２】本発明で造形する場合の走査硬化層の発生状態
を示す断面図である。

【図３】本発明の平面硬化情報比較部における処理概念
を説明する図であって、一例として上下２つの走査硬化
層を別体に示す平面図である。

【図４】図３と同じく、本発明の平面硬化情報比較部に
おける処理概念を説明する図であって、上下２つの走査
硬化層を重ね合わせて示す平面図である。

【図５】図３および図４と同じく、本発明の平面硬化情
報比較部における一つの走査線に対する情報フォーマッ
トを示す図である。

【図６】図３および図４と同じく、本発明の平面硬化情
報比較部における処理概念を説明する図であって、上下
２つの走査硬化層を重ね合わせて示す平面図である。

【図７】図６に示す走査硬化層を本発明の平面硬化情報
比較部において処理する場合の処理手順を示す図であ
る。

【図８】図６と同じく、本発明の平面硬化情報比較部に
おいて処理される情報フォーマットを示す図である。

【図９】図６に示す走査硬化層を本発明の平面硬化情報
比較部において処理した後の情報フォーマットと等高断
面における走査硬化層との関係を示す図である。

【図１０】本発明の平面硬化情報比較部における処理概
念を説明する図であって、図２から図９に示す上下２つ
の走査硬化層の一例を一般化するために、走査硬化層を
複数層とした一例を示す断面図である。

【図１１】図１０と同じく、平面硬化情報比較部におけ
る処理概念を説明する図であって、走査硬化層を複数層
とした一例を示す平面図である。

【図１２】図１１と同じく、本発明の平面硬化情報比較
部において情報処理する際の情報（重み付け）と走査硬
化層との関係を示す図である。

【図１３】図１１に示す走査硬化層を本発明の平面硬化
情報比較部において処理する場合の処理手順を示す平面
図である。

【図１４】図１３と同じく、図１１に示す走査硬化層を
本発明の平面硬化情報比較部において処理する場合の処
理手順を示す平面図である。

【図１５】図１３、図１４に示す手順で処理した重みの
データに基づいて硬化深さを制御する様子を示す断面図
である。

【図１６】第２の発明に係る光学的造形方法を示す断面
図であり、上下２層の走査硬化層を示す断面図である。

【図１７】図１６に示す走査硬化層を複数積層した例を
示す断面図である。

【図１８】従来の光学的造形方法であって、走査硬化層
を積層したのち最終の硬化を行う工程を示す側面図であ
る。

【図１９】従来の光学的造形方法であって、一つの等高
断面における硬化領域と非硬化領域、および光線の走査
方向を示す平面図である。

【図２０】同じく従来の光学的造形方法であって、一つ
の等高断面における光線の走査方向および硬化深さを示
す斜視図である。

【図２１】（Ａ）は従来の光学的造形方法で造形しよう
とする樹脂モデルの一例を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）
に示す樹脂モデルを造形する際の各等高断面における走
査硬化層を示す斜視図である。

【図２２】図２１（Ａ）に示す樹脂モデルを従来の光学
的造形方法で造形する場合において、走査硬化層の発生
状態を示す断面図である。

【図２３】従来の光学的造形方法で造形する場合の樹脂
液の硬化状態を示す断面図であり、（Ａ）は硬化前を示
し、（Ｂ）は硬化後を示す。

【図２４】従来の光学的造形方法で造形する場合におい
て、従来の硬化変形を防止する手法を示す２層間の断面
図である。

【図２５】同じく従来の光学的造形方法で造形する場合
において、従来の硬化変形を防止する手法を示す複数層
間の断面図である。

【図２６】従来の光学的造形方法で造形したのちに最終
的な硬化を行う工程における樹脂モデルの硬化状態を示
す断面図であり、（Ａ）は硬化前を示し、（Ｂ）は硬化
後を示す。

【図２７】従来の光学的造形方法で造形する際の走査ピ
ッチを示す断面図であり、（Ａ）は走査ピッチが小さい
場合を示し、（Ｂ）は走査ピッチが大きい場合を示す。

【符号の説明】

１…光硬化性樹脂液 ２…光硬化性樹脂液槽 ３…光走査手段 ３ａ…レーザ発振器 ３ｂ…光学系 ３ｃ…光学系コントローラ ４…昇降手段 ４ａ…エレベータ ４ｂ…昇降器 ５…制御手段 ５ａ…平面硬化情報比較部 ５ｂ…光走査条件設定部 ５ｃ…一般制御部 ７ａ，７ｂ…走査硬化層 ＬＢ…光線 Ｔ…積層厚 Ｄ…硬化深さ Ｐ…走査ピッチ Ｌ…走査線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光硬化性樹脂液面上に光線を走査し、硬化
   した走査硬化層を順次積み上げて立体樹脂モデルを得る
   光学的造形方法において、 前記光線を走査して前記光硬化性樹脂を硬化させるにあ
   たり、前回の走査で硬化させた領域上に堆積させて硬化
   させる領域における硬化深度を、前回の走査で硬化させ
   ていない領域上に堆積させて硬化させる領域における硬
   化深度より大きくすることを特徴とする光学的造形方
   法。
2. 【請求項２】光硬化性樹脂液を入れた光硬化性樹脂液槽
   と、 前記光硬化性樹脂液を硬化させるのに適当な波長を含む
   光線を発生し、該光線を走査させる光走査手段と、 前記光硬化性樹脂液の表面に光線が照射されたことによ
   り生成する硬化樹脂を昇降させる昇降手段と、 前記光走査手段と前記昇降手段とを制御する制御手段
   と、を備えた光学的造形装置において、 前記制御手段は、連続する走査硬化層における平面の硬
   化情報を比較する平面硬化情報比較部と、前記光線の走
   査に関する条件を設定する光走査条件設定部とを有し、 前記平面硬化情報比較部における比較の結果、新規に硬
   化させる領域であることが検出された領域では、硬化深
   度が小さくなるように、前記光走査条件設定部の設定を
   行うことを特徴とする光学的造形装置。
3. 【請求項３】光硬化性樹脂液面上に光線を走査し、硬化
   した走査硬化層を順次積み上げて立体樹脂モデルを得る
   光学的造形方法において、 前記光線を走査して、前回の走査で硬化させた領域上に
   前記光硬化性樹脂を堆積させて硬化させるにあたり、前
   回の走査で硬化させた領域における走査位相と、今回の
   走査で硬化させる領域における走査位相とを相対的にず
   らすことを特徴とする光学的造形方法。
4. 【請求項４】光硬化性樹脂液を入れた光硬化性樹脂液槽
   と、 前記光硬化性樹脂液を硬化させるのに適当な波長を含む
   光線を発生し、該光線を走査させる光走査手段と、 前記光硬化性樹脂液の表面に光線が照射されたことによ
   り生成する硬化樹脂を昇降させる昇降手段と、 前記光走査手段と前記昇降手段とを制御する制御手段
   と、を備えた光学的造形装置において、 前記制御手段は、連続する走査硬化層における平面の硬
   化情報を比較する平面硬化情報比較部と、前記光線の走
   査に関する条件を設定する光走査条件設定部とを有し、 前記平面硬化情報比較部における比較の結果、積層して
   硬化させる領域であることが検出された領域では、前回
   の走査硬化層の走査位相とは異なる走査位相で前記光線
   を走査するように、前記光走査条件設定部の設定を行う
   ことを特徴とする光学的造形装置。